应用控制变量法 培养物理思维能力

岳亮亮

(江苏省淮州中学 223300)

与高考理科中其他学科不同，物理学科更需要理性分析和思考，对学生的思维要求也更高.学生之所以认为很多问题分析起来比较困难，大多数原因在于他们总是将很多因素考虑到解决问题的过程中，而没有应用控制变量.本文笔者将与大家分享，如何利用控制变量法，培养学生的物理思维能力.

一、定性研究，得出规律

物理是一门与生活和实验紧密结合的学科.在很多日常生活和实验现象中，学生们总能根据观察到的现象有一个直观性的感受.教师一定要适当引导，让学生学会在生活中、在实验中进行观察，得出规律.

我们在必修1第四章学习的是牛顿运动定律，在这期间，我带领我们班的同学做了一个实验，探究加速度与力、质量的关系.在实验室里，我给每一组成员都准备了小车子、砝码、秒表和绳子等实验用具，希望他们可以进行探究其中的规律.一开始，大家都比较迷茫，不知道从何入手.这时候，我便适时做了一下引导.我跟学生说：“我们做实验时不可能根据一个数据就得出正确结论.因此，不能心急，一定要保持其它的量不变，只改变其中两个条件，才有可能探究他们的关系.”至此，大家已经对控制变量法有了初步的理解.接下来，大家首先保证通过自身重力引导小车向下的砝码的质量不变，然后在小车上加砝码来改变小车的重量，测得在同样牵引力的情况下不同质量的小车行驶过滑板的时间.最后，根据公式x=(1/2)at2算出在同样牵引力的情况下不同质量的小车行驶的加速度，从而得出加速度与质量的关系.初步得出结论后，大家再改变引导小车向下的砝码的重量，同时保持小车质量不变，用同样的方法测得在不同牵引力的情况下同质量的小车行驶过滑板的时间，算出其加速度，最终得出加速度与力的关系.

在这次的实验中，大家已经根据自己的观察得出了相对正确的结论：力相同的情况下，加速度与质量成反比；质量相等的情况下，加速度与力成正比.其实结论并不是那么重要，关键的还是学生已经初步掌握了控制变量的方法，这对他们今后的学习有很大帮助.

二、定量对比，探究本质

作为一门专业性很强的学科，定性的了解并不能帮助学生完全解决物理问题.因此，在适当的时机，教师还是应该让学生亲自对实验进行定量的对比，才能探究其本质，进而解决物理问题.

必修2第五章第4节讲重力势能，在正式定量对比探究之前，我已经让大家根据同质量小球在不同高度以及不同质量小球在同等高度砸海绵的效果得出了初步结论：重力势能与质量和高度成正比.接下来就是具体的定量探究过程了.首先，学生们已经了解，重力势能是物体因为重力作用而拥有的能量，对于重力势能，其大小由地球和地面上物体的相对位置决定.接下来，根据观察得到的结论，我让学生初步写下公式为：Ep=kmh，其中，m表示物体的质量，h表示物体相对参考面的高度，k则为一个系数.然后，我们的目标就是求得k的值：根据定义，重力势能是物体因为重力作用而拥有的能量，就可以理解为重力势能表示物体依靠其重力，落到参考面上做的功，即Ep=FS=mgh，那么，k的值即为g.最后，学生根据实验观察到的结果和理论分析，得出重力势能的表达式为Ep=mgh.这次的探究我只是起了引导作用，关键步骤还是由学生来完成，因此他们的印象是非常深刻的.

学生自己根据定义进行实验，进而探究得出具体公式的过程是定量对比的高级表达，可以帮助学生探究问题的本质，从而对知识有着更深刻的理解和记忆.因此，教师一定要注重对学生自主探究能力的培养，帮助他们更好地理解知识.

三、联系生活，解决问题

探究物理现象和物理定义的最终目的还是解决学习和生活中遇到的问题.因此，教师还应当引导学生主动联系生活实际，利用所学到的控制变量的物理思想解决问题，真正理解知识.

必修1第四章牛顿运动定律的内容结束之后，我和同学们共同得出了加速度与力和质量的关系：a=F/m.在自由落体运动过程中，F=mg，那么a=g.即在自由落体运动过程中，h=(1/2)gt2.但其实这也只是假定的理想情况，事实上，物体在下落时，一定会受到除重力以外的阻力.为了让学生深刻理解联系实际，我当下就给他们出了一道题：一个板凳，从高20米的地方掉下来需要多长时间，以及落地的瞬间，板凳的速度为多少(g取10m/s2).大家也分别根据h=(1/2)gt2与v=gt给出了我答案，落地所需时间为2秒，落地瞬间速度为20m/s.很显然，实际情况和理想条件是有区别的.于是我又给了学生一个提示：a=F/m中F指物体受的合力，而不是单纯其中一个力.然后大家立马反应过来，板凳下落过程中并不只是受地球的引力作用，同时还有空气向上的摩擦力，因此实际的结果应该是：落地所需时间大于2秒，落地瞬间速度小于20m/s.

其实联系实际的问题并不是非常难以理解甚至非常困难的，它只是需要学生深刻理解自己用控制变量法求得的定义，同时根据实际情况进行综合考虑.因此，教师一定要经常联系实际，锻炼学生的思维.

物理学科的发展并不是一蹴而就的.因此，学生学习的过程也应当遵循物理学科的发展过程，进行一到多的综合.这时候，以上的控制变量法就显得尤为重要了.不过我们也不难看出，教学生利用控制变量法探究本质只是基础，最重要的还是解决问题，注重知识理解和运用的完整性.